6. Закон сохранения и превращения энергии

Изучение окружающего нас мира привело к открытию всеобщего закона, которому подчиняются все явления природы. Этот закон известен под названием закона сохранения и превращения энергии. Он гласит, что во всех процессах природы происходят переходы одних форм энергии в другие, исчезновение же энергии или создание ее из ничего невозможно.

Понятие энергии неразрывно связано с понятием движения. Диалектический материализм учит, что движение есть форма существования материи. Материя без движения так же немыслима, как и движение без материи. Поэтому движение так же несотворимо и неразрушимо, как и сама материя. Движение есть коренное условие существования материи, есть внутренне присущий материи способ ее существования.

Мера материального движения во всех его превращениях из одной формы в другую была названа энергией.

Таким образом, неуничтожаемость движения и его превращаемость из одной формы движения в другую и есть закон сохранения и превращения энергии.

Энгельс писал об этом законе: «...любая форма движения, оказывается, способна и должна превращаться в любую иную форму движения. В этой форме закон достиг своего последнего выражения. Благодаря новым открытиям мы можем найти новые доказательства его, придать ему новое, более богатое, содержание. Но к самому закону, как он здесь выражен, мы не можем прибавить более ничего. В своей всеобщности, в которой одинаково всеобщи форма и содержание, он неспособен к дальнейшему расширению: он — абсолютный закон природы»

В подготовке открытия этого закона сыграли большую роль работы М. В. Ломоносова, который весьма близко подошел к современной форме закона сохранения и превращения энергии. В

своем знаменитом письме Эйлеру (1748 г.) он писал: «Все переменьь в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому; так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте... Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения; ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».

Если учесть еще и работы М. В. Ломоносова по теории теплоты, которые привели его к заключению, что механическая работа способна превращаться в теплоту, то мы можем видеть, что Ломоносов достаточно ясно представлял себе идею сохранения энергии (движения).

В установлении закона сохранения и превращения энергии и его современного понимания большую роль сыграли работы Г. Гесса (1840), Р. Майера (1842), Д. Джоуля (1843), Г. Гельмгольца (1847) и Ф. Энгельса (1880).

Следует особо отметить глубокий анализ содержания закона сохранения энергии, проведенный Энгельсом. Он впервые указал на то, что содержание закона не сводится к чисто количественному сохранению движения, как это полагали многие современные Энгельсу естествоиспытатели. Он показал, что закон сохранения энергии имеет две стороны: количественную и качественную. Количественная сторона закона выражает неуничтожаемость движения материи, качественная — возможность превращения различных форм Движения друг в друга и их взаимную связь.

«Если еще десять лет тому назад,— писал Энгельс,— новооткрытый великий основной закон движения понимался лишь как простой закон сохранения энергии, как простое выражение того, что движение не может быть уничтожено или создано, т. е. понимался только с количественной стороны, то это узкое, отрицательное выражение все более вытесняется положительным выражением в виде закона превращения энергии, где впервые вступает в свои права качественное содержание процесса...» 2.

Таким образом, закон сохранения и превращения энергии выражает неуничтожаемость и несотворяемость материального движения. Он выражает также превращаемость одних форм движения в другие формы.

В своих работах Энгельс еще не проводил различия между понятиями энергии и формы движения. Он считал, что понятие энергии совпадает с понятием формы движения материи, вскрывая диалектико-материалистическое содержание закона сохранения и превращения энергии.

Понятие энергии не охватывает собой всего содержания понятия «формы движения» даже в области физических процессов.

Каждая из физических форм движения, в том числе и механическое перемещение, по своим свойствам богаче того, что определяется понятием «энергия». Так, например, механическая форма движения тел характеризуется не только соответствующей энергией, но и импульсом, моментом количества движения и т. д.

Из этого примера видно, что даже физические формы движения материи не сводятся только к их энергетическим характеристикам и не исчерпываются ими. Превращение энергии выражает только одну, весьма важную сторону процесса превращения одних форм материального движения в другие формы.

Закон сохранения и превращения энергии в применении к изучению, энергетической стороны макроскопических физико-химических процессов обычно называют первым законом термодинамики. Он позволяет сводить измерение энергии любого вида (химической, механической, магнитной, электрической и т. д.) к измерению энергии одного вида, например к механической, и выражает энергию любого вида в одних и тех же единицах.

Термодинамическая система обладает в каждый момент времени совокупностью различных форм движения материи, взятых в определенных количествах.

Из первого закона термодинамики следует, что численное значение энергии системы, поскольку оно является мерой содержащегося в ней движения, должно быть функцией состояния системы. Это значит, что любому переходу термодинамической системы из одного состояния в другое всегда соответствует строго определенное изменение энергии. Следовательно, энергия неразрывно связана с материей, зависит от свойств материи, определяется ею. Вне материи она не существует, так как не существует движения без материи.